Все живые организмы планеты делятся на 6 больших групп, в зависимости от той функции, которую они выполняют в биосфере:
1 – бактерии
2 – вирусы
3 – простейшие органические соединения (гумус)
4 – растения
5 – грибы
6 – животные
Первые три царства образуют низший эшелон жизни. Они не имеют оформленного клеточного ядра и потому образуют надцарство, называемое прокариотами . Три последних царства имеют оформленное клеточное ядро и образуют надцарство эукариотов .
Царство бактерий . Их биосферная функция состоит в том, что они вовлекают первозданное неорганическое вещество планеты в биологический процесс. Они живут выше всех и ниже всех, при самых высоких и самых низких температурах. Они грызут каменные и гранитные породы. Первыми заселяют безжизненное вещество планеты. Бактерии – единственные в биосфере, способные поглощать атмосферный азот и вводить его в связанное состояние. Все другие организмы получают доступ к азоту только благодаря бактериям. Именно бактерии синтезируют внутри себя простейшие органические соединения: углеводы, аминокислоты, липиды и нуклеиновые кислоты.
Царство вирусов . Они лишены способности самостоятельно синтезировать простейшие органические соединения, поэтому они не взаимодействуют с первозданным неорганическим веществом. Они внедряются в клетки других организмов, в первую очередь бактерий. Внедрившись, отключают их ДНК и подключают свою. В результате клетка начинает производить вирионы (копии вирусов). После этого она погибает. Вирионы переходят в окружающую среду, где пребывают в инертном состоянии до момента внедрения в новую клетку.
Царство первичных органических соединений – гумус . Царства бактерий и вирусов представляют собой единство противоположности. Бактерии производят первичное живое вещество, вирусы разрушают его и тем самым замыкают биогенный процесс. Результатом деятельности бактерий и вирусов являются первичные органические соединения: углеводы аминокислоты, жирные кислоты. Они образуют биогенный субстрат (почву), на базе которого развиваются три других царства живых организмов.
Царство растений . Их биосферная функция состоит в том, что они производят основную массу органики. Вес растительных организмов составляет более 99% всей биомассы планеты. Но на голых скалах растения не растут, им требуется первичный биогенный субстрат (азотистое соединение), который производят прокариоты.
Царство грибов . Грибы подобны вирусам. Они также составляют противоположность царству растений. Их насчитывается более 100 тыс видов, имеющих в большинстве своем вид слизей, плесени, мучнистых налетов и т.д. Биосферная функция грибов противоположна функциям растений. Они не способны самостоятельно синтезировать органические соединения, поэтому они произрастают только на тканях живых и отмирающих организмов, растений и животных. Грибы разлагают отмирающую органику на первичные органические соединения и тем самым подготавливают их для реутилизации (повторного использования) растительными организмами. Лишайники – это нерасторжимый симбиоз растения и гриба. Микоз – белесый налет на клубнях картофеля – это тоже взаимовыгодный симбиоз растения и гриба. Тех грибов, которые мы собираем, всего около 100 видов. Их плодовое тело представляет собой плотно сомкнутые нити грибниц.
Царство животных . Их масса незначительна, но их насчитывается почти 1,5 млрд. видов. Их биосферная функция состоит в том, что они поддерживают биологический круговорот вещества в состоянии динамического равновесия. Выедая продукцию растений, они стабилизируют ее массу; широко рассеивая продукт пищеварения, они тем самым предотвращают концентрацию вымирающей органики в местах ее произрастания. Транспортируя чужое репродуктивное вещество (пыльцу, семена, споры), животные способствуют распространению различных видов его по всей территории обитания. 80% растений опыляются только с помощью насекомых. Если бы не было животных, то жизнь была бы возможна только в водоемах и вблизи них. Все другие царства биосферы либо создают (бактерии, растения), либо разрушают (вирусы, грибы) живое вещество. Животные же регулируют весь этот процесс.
Особь
(Пропускаем)
ТЕМА 8. Тело человека
Как биологическое существо человек относится к роду homo, виду sapiens, отряду приматов, классу млекопитающих, царству животных.
Биосферная функция животных обусловила появление у предков человека отличительной способности к активному перемещению по территории планеты, что, в свою очередь, предопределило особенности строения их организма. Приматы, включая человека, имеют предназначенный для активного передвижения автономный, компактный организм.
Последовательность рассмотрения организма человека:
1) Строение .
2) Процесс ассимиляции им окружающей среды.
3) Родовой процесс .
Строение организма
Активный, подвижный образ жизни животных обусловил присущность их организму следующих трёх функций .
1. Непосредственное единство животных со средой обитания даёт им функцию чувствительности . Органы чувств животных постоянно нацелены на восприятие изменяющейся вокруг них обстановки.
2. Противоположность животных внешнему миру – функцию возбудимости . Если чувствительность касается всех предметов окружающего мира вообще, то возбудимость относится только к тем предметам, которые являются для данного вида животных своими и в отношении которых они предпринимают активные действия. Например, пчела летит к цветочной пыльце, лиса устремляется в погоню за зайцем и т.д.
Из трёх данных функций основополагающей является воспроизводство . Обе другие – чувствительность и возбудимость – развились в дополнение к ней.
Данные функции выражают единство трёх моментов понятия животного организма: всеобщее, особенное и единичное.
а) Чувствительность есть всеобщее определение животных. Все животные, включая человека, непрерывно ощущают всё происходящее вокруг них.
б) Возбудимость есть та же самая чувствительность, только специализированная по составу внешних раздражителей и проявляющаяся не в пассивной, а в активной форме. Она поэтому выражает собой особенность различных видов животных. Каждый вид имеет в окружающей природе свои собственные раздражители, в отношении которых он возбуждается и предпринимает активные действия. Кошка возбуждается на мышку, щука – на пескаря, верблюд – на колючки и т.д.
в) Воспроизведение есть единичная определённость животных. Жизнь каждого животного – это беспрестанный процесс воспроизводства им самого себя в своей единичности (пищеварение), и своего рода (деторождение).
Данные функции обусловливают наличие в организме человека трёх соответствующих систем:
Чувствительность – нервной системы,
Возбудимость – кровеносной системы,
Воспроизводство – пищеварительной системы.
Каждая из этих систем человека, в свою очередь, подразделяется в самой себе на три подсистемы, соответствующие данным функциям.
а) Нервная система
Нервная система включает в себя три подсистемы.
а) Как чувствительность она выражена костной системой организма, которая представляет собой переход нервных волокон в свою противоположность – в бесчувственность кости. Переход, но не перейдённость! Костный остов живого организма подвержен всем протекающим в нём процессам. Скелетом он становится только у умерших.
б) Как возбудимость нервная система представлена спинным и головным мозгом в их единстве с соматической нервной системой, посредством которой осуществляется активная связь организма с внешним миром. Соматическая нервная система включает в себя ощущающие рецепторы внешних органов чувств и двигательные эффекторы , расположенные в мышцах тела. Импульсы, идущие от внешних органов чувств, возбуждают мозг, который реагирует на них тем образом, что посылает сигналы к двигательным эффекторам, приводящим в действие соответствующие группы мышц.
в) Как воспроизведение она представлена вегетативной нервной системой, которая управляет "внутренним хозяйством" организма: обменом веществ, кровообращением, дыханием, пищеварением, выделением и размножением. Вегетативная нервная система в значительной степени автономна по отношению к мозгу животных. Во время сна, например, жизнь всего организма находится под её контролем.
б) Кровеносная система
Кровеносная система подразделяется на следующие три подсистемы.
а) Как чувствительность она представляет собой переход рецептивности организма в его реактивность , что осуществляется посредством мышечной системы . Мышцы тела опираются на костный остов и подчиняются двигательным эффекторам соматической нервной системы. Мышечная система включает в себя противоположность сгибающих и разгибающих мышц, за счёт которых животные перемещаются по территории обитания, обороняются и захватывают средства пропитания.
б) Как возбуждение кровеносная система представлена двумя внешне направленными кругами кровообращения. Первый круг проходит через лёгкие, второй – через органы пищеварения. В лёгочном круге кровь поглощает атмосферный кислород и освобождается от диоксида углерода СО 2 . В пищеварительном круге она забирает из стенок кишечника органические соединения и разносит их по клеткам тела. В почках она освобождается от продуктов клеточного процесса.
Что касается лёгочного круга кровообращения, то по поводу него вопросов не возникает. Физиологи однозначно выделяют его из общей кровеносной системы, называя его малым кругом кровообращения. Сложнее обстоит дело с пищеварительным кругом , который почему-то остаётся за пределами их внимания. Тот факт, что животные регулярно поглощают атмосферный кислород, не подлежит сомнению. Но они так же регулярно поглощают из окружающей среды и кое-что посущественней – готовую органику. Поэтому внешне направленная система их кровообращения с необходимостью имеет в себе и второй – пищеварительный – круг. (Ниже мы рассмотрим его более подробно.)
в) Как воспроизведение кровеносная система представлена в организме животных внутренне направленным кругом кровообращения. Он включает в себя сердце , магистральные вены и артерии , отходящие от них сосуды и капилляры , которые пронизывают собой все ткани тела и доходят до каждой клетки. Данный круг кровообращения обеспечивает транспортировку кислорода и питательных веществ ко всем клеткам тела и обратную транспортировку продуктов их обмена к почкам и лёгким.
в) Пищеварительная система
Пищеварительная система включает в себя следующие подсистемы.
а) Как чувствительность она представлена системой эндокринных желез , куда входят: гипофиз, шишковидное тело (эпифиз), щитовидная и паращитовидная железы, островковый аппарат поджелудочной железы, надпочечники, яичники, вилочковая железа (тимус). Данные органы являются железами внутренней секреции. Их деятельность через гипоталамус непосредственно связана с вегетативной нервной системой. Эндокринные железы регулируют механизм роста и воспроизводства тканей: обмен веществ, восстановление повреждений, иммунные реакции и т.д.
б) Как возбуждение она представлена собственно пищеварительной системой , которая включает в себя:
Процесс непосредственного пищеварения, осуществляемый кишечником и лимфатической системой организма;
Процесс опосредованного пищеварения, осуществляемый при участии специализированных пищеварительных органов: желудка, поджелудочной железы и печени.
У простейших животных существует только непосредственное пищеварение . У высших животных имеется как непосредственное пищеварение, так и опосредованное.
в) Как собственно воспроизведение она представлена половой системой животных, посредством которой воспроизводится сам субъект жизни – организм животного в целом. Половая система развилась из системы пищеварения и непосредственно связана с ней. Посредством рождения детей животные, включая человека, продолжают жизнь своего рода.
Образ организма в целом . Данные системы организма – нервная, кровеносная и пищеварительная – определяют собой внешний образ животных по трём направлениям.
Во-первых, тело животных подразделяется на три внешне различимые части:
Голова является центром чувствительности, грудь – возбуждения, брюшко – воспроизведения. Особенно наглядно это представлено в облике насекомых. У рыб, птиц и животных голова также заметно обособлена от туловища, тогда как грудь и брюшко разделены невидимой снаружи диафрагмой. (Линия талии, если таковая имеется, несколько не совпадает с линией диафрагмы.)
Каждая из указанных систем, концентрируясь в одной части тела, проходит также через центры других систем. В голове имеются не только мозг, но и кровеносные сосуды и органы пищеварения: железы, рот. Область груди является не только сосредоточием кровеносной системы (сердце, лёгкие). В ней же находится часть спинного мозга, а также пищевод и органы лимфатической системы. В брюшной полости присутствуют не только органы пищеварения и размножения, но и элементы нервной и кровеносной систем.
Во-вторых, каждая из рассмотренных систем имеет в организме животного как внутреннюю, так и внешнюю сторону своего проявления. Нервная система представлена во внешнем облике животных органами чувств – глаза, уши, нос, язык, пальцы. Система возбуждения – органами передвижения (плавники, крылья, лапы, ноги), схватывания (клюв, клешни, рот, руки), обороны (рога, бивни, зубы). Система пищеварения – органами разделывания и перемалывания пищи (когти, зубы, язык), фекальным отверстием, а также формообразованиями, содержащими запасы питательных веществ (горбы верблюдов, курдюки овец).
Во внешнем облике мы имеем удвоение и симметрию членов и органов. Симметричны глаза, уши, ноздри, стороны лица и тела, двигательные конечности: плавники, крылья, лапы, ноги. Но симметричность касается преимущественно только формы и размеров органов тела, тогда как их функциональные возможности, как правило, неодинаковы. У большинства людей правая рука развита лучше. Есть понятие "толчковой" ноги. Люди не всегда одинаково хорошо слышат на оба уха или видят на оба глаза или обоняют ноздрями.
Во внутреннем устройстве организма мы находим преимущественно единичные органы, не имеющие никакой правильности формы.
В-третьих, мужская и женская особь отличаются друг от друга только одной системой из девяти вышеназванных – половой. В силу этого необходимым атрибутом человеческого организма являются внешние половые органы, предназначенные: а) для спаривания и б) для вынашивания и выкармливания потомства.
В основе женских и мужских половых органов лежит один и тот же тип половой системы. Их различие обусловлено тем, что у каждого пола один и тот же орган развит в противоположном направлении. Они гомологичны в своей противоположности (от греч. homologia – согласие). Женской матке в мужской половой системе соответствует предстательная железа, влагалищу – ствол пениса, яичникам – яички и т.д.
Чем более развит вид животных, тем в большей степени половое различие распространяется на весь облик особей. У людей это различие охватывает также духовную сферу, что является природным началом существования двух натур : мужской и женской.
Таким образом, организм животных представляет собой целостную неделимую единицу жизни, состоящую из строго определённого ряда систем и органов. Соответственно, целью функционирования всего организма является их согласованная бесперебойная деятельность. При этом сами же органы и системы являются средством достижения этой всеобщей цели организма. Выполняя свои специализированные функции, они воспроизводят жизнь всего организма. Если перестаёт функционировать одна система, то останавливается деятельность остальных.
Душа . Являясь одновременно и целью деятельности организма, и средством достижения этой цели, все его особенные системы и органы порождают своей согласованной деятельностью некую всеобщую по отношению к ним силу, каковой является душа животного. Будучи всеобщим началом, душа поддерживает и контролирует деятельность всех его органов и систем организма. При этом она не ограничивается пассивным следованием за протекающими в нём процессами. Она проявляет себя как господствующая над ними сила. Возвышаясь над физиологической связью членов и органов, она устанавливает свои связи там, где их нет и, наоборот, прерывает их, где они есть.
Благодаря этому один и тот же член или орган тела делается способным выполнять сразу несколько функций. Например, рот выполняет не только функцию пищеварения, но и участвует в создании звуков. При потере животным слуха или зрения его душа привлекает к выполнению их функций остальные органы чувств. При потере конечностей происходит то же самое. С другой стороны, душа способна изолировать деятельность отдельных членов и органов, хотя физически они продолжают быть связанными. Животное может действовать только одной частью тела, тогда как другие части будут оставаться в покое: конь бьёт копытом, кошка чешет лапой за ухом, один глаз прищурен, одно ухо прикрыто, одной рукой размахиваем при ходьбе, покачиваем головой и т.д.
На протяжении всей своей истории люди пытались определить место пребывания души в теле. В качестве такового назывались голова, сердце, система эндокринных желез. Но такие поиски лишены смысла, поскольку душа находится не в каком-то одном месте, она присутствует во всём теле, в каждом его органе, в каждой его клетке. Весь организм одушевлён. В простейшем варианте душу можно представить в образе вегетативной нервной системы организма, которая, как уже было упомянуто, в очень малой степени зависит от мозга. Но поскольку внутренние процессы в организме существенным образом связаны с его внешними проявлениями, с его взаимодействием с окружающей природой, постольку деятельность души связана также и с соматической нервной системой и, соответственно, с мозгом.
Являясь всеобщим началом организма, душа выступает субъектом суждений о нём. Когда мы говорим о живом существе, то первое определение, которое мы ему даём, – это одушевлённость: "Собака – одушевлённое существо". В других случаях мы говорим о "числе душ ", о "пропавших душах" и т.д.
Чувство самого себя. Благодаря всеобщей функции души каждая особь ощущает в самой себе все свои члены и органы: биение сердца, работу желудка, напряжённость конечностей, тяжесть головы и хвоста, чувственные импульсы, поступающие в мозг от внешних органов чувств, и т.д. Всё это многообразие частных ощущений сливается в особи в одно общее внутреннее чувство, которое называется чувством самого себя . Данное чувство является неотъемлемым свойством всех животных, сохраняющимся в них на протяжении всей их жизни. В отличие от нас, людей, животные не знают себя извне и не узнают себя в зеркало. Они находят и удерживают самих себя лишь посредством внутреннего чувства самого себя .
Чувство самого себя субъективно по своей природе; у каждой особи оно своё. В силу этого оно позволяет животным отделять самих себя от остального мира. То, в пределах чего данная особь себя ощущает, то она и есть. А то, что остаётся за пределами её самоощущения, находится, следовательно, вне неё. Благодаря такому внутреннему чувству животные устанавливают свою противоположность по отношению к внешнему миру. Снимается эта противоположность в процессе ассимиляции ими предметов и условий окружающей среды.
Процесс ассимиляции
Процесс ассимиляции животными окружающей среды протекает в двух формах:
- идеальной ассимиляции;
- реальной ассимиляции.
а) Идеальная ассимиляция
Идеальная ассимиляция основана на способности животных иметь ощущения. Процесс ощущения животными внешнего мира распадается на пять видов чувств: осязания , обоняния , зрения , слуха и вкуса . Низшие виды животных всё ощущают только через осязание. У высших видов развиты все остальные чувства.
Механические определения предметов – тяжесть, упругость, форма, теплота, воспринимаются посредством чувства осязания . Соединение предметов со светом воспринимается посредством чувства зрения . Воздействие воздуха на вещество – посредством чувства обоняния . Взаимодействие предметов с водой – посредством чувства вкуса . Соударение предметов, порождающее звук, воспринимается посредством чувства слуха .
Органы чувств. Каждый из указанных видов чувств представлен в организме животных специализированными внешними органами.
Осязание осуществляется посредством рецепторов кожи , расположенных по всей поверхности тела. Поскольку чувство осязания первично по своему происхождению, постольку оно способно в определённой степени замещать потерю других видов чувств. Ощущая сотрясение окружающей среды, кожа способна воспринимать звук; при соприкосновении с жидкими веществами – их вкус. Чувство осязания способно воспринимать даже цвета. Слепые люди нередко обладают способностью определять цвета предметов на ощупь. Все другие виды ощущений – зрение , вкус , нюх и слух – развились из осязания, а воспринимающие их органы – уши, глаза, нос, язык – являются формообразованиями кожи.
Глаза воспринимают свет и тени, за счёт чего животные созерцают образ предмета. Слуховой орган – ухо – воспринимает колебания воздушной среды, порождаемые сотрясением соударяющихся предметов. Чувство слуха связано со способностью животных к свободному перемещению по территории обитания. Нюх (обоняние) есть восприимчивость слизистой оболочки носа к распространяемым через воздух испарениям вещества. Деятельность носа связана с дыханием. Вкус есть рецептивность языка , специализированного на восприятии химического состава вещества. Данная способность языка связана с главной функцией рта – захватыванием и пережёвыванием пищи.
б) Реальная ассимиляция
Из совокупности воспринятых ощущений в мозге животных формируется идеальный образ предмета. Если этот образ является для данного вида животных "своим", т.е. если он уже содержится в их представлении, тогда они предпринимают в отношении данного предмета активные действия. Сами по себе предметы окружающего мира не могут иметь какого-либо значения для животных, если их определённость уже не заложена в них в виде запаха, звучания, образа и т.д.
У каждого вида животных существует свой круг предметов природы, которые представляют собой сферу их инобытия . Потребляя их, они воспроизводят своё бытие. У одних видов этот круг широк, у других, наоборот, узок. Ко всем прочим предметам они остаются равнодушными.
Тождество (одинаковость) содержания потребности (вожделения) животного и того внешнего предмета, посредством которого она удовлетворяется, есть то, что мы называем инстинктом . Совершенно справедлива точка зрения, согласно которой животные, в отличие от человека, не осознают своих целей как таковых, но столь же справедлива и та точка зрения, что животные содержат определённость своих целей в самих себе и преследуют их инстинктивно. Инстинкт есть целевая деятельность животных, осуществляемая ими бессознательно.
Ощущая в себе недостаток чего-либо (жажда, голод, холод, сырость), животные стремятся восполнить его за счёт средств природы. Процесс реальной ассимиляции ими окружающей природы подразделяется на следующие виды:
- пожирающая ;
- приспосабливающая .
В первом случае речь идёт о внутреннем употреблении животными материала окружающей среды, во втором – о её внешнем приспособлении для нужд их организма.
ПОЖИРАЮЩАЯ АССИМИЛЯЦИЯ , в свою очередь, включает в себя два процесса:
Дыхание,
Питание.
Дыхание . Низшие виды животных обладают только кожным дыханием. Поглощение кислорода и выделение углекислого газа осуществляется у них посредством простой диффузии молекул через поверхность тела.
У высших видов животных также имеется кожное дыхание, но в дополнение к нему у них развит и второй способ, осуществляемый посредством специализированных дыхательных органов. У животных и птиц таким органом являются лёгкие , у рыб – жабры .
Лёгкие представляют собой нацеленный на взаимодействие с атмосферным воздухом орган. В силу такой специализации существует опасность их бесконтрольного развития в направлении увеличения объёмов осуществляемого ими процесса взаимодействия с воздухом. Подобная перспектива, с одной стороны, противоречит интересам организма в целом, поскольку в этом случае всему организму придётся работать только на лёгкие, а с другой стороны, ведёт к деградации самих лёгких вплоть до низведения их вновь на уровень кожного дыхания. Во избежание такой перспективы деятельность лёгких (жабр) с самого начала их появления в организмах животных поставлена под контроль другого органа – селезёнки .
Лёгкие и селезёнка представляют собой парные органы, действующие по принципу единства противоположностей. Достигается такое единство тем образом, что в лёгких эритроциты крови соединяются с кислородом, который они разносят по клеткам тела. Селезёнка же разрушает эритроциты и тем самым регулирует уровень их содержания в крови. Поскольку главное назначение эритроцитов – переносить кислород и углекислый газ, постольку, изменяя их концентрацию в крови, селезёнка посредством этого контролирует объём деятельности лёгких. При необходимости она способствует увеличению числа эритроцитов, а при её отсутствии снижает его. За счёт этого селезёнка, с одной стороны, ограничивает возможность лёгких в плане абсолютного увеличения масштабов их деятельности. С другой стороны, при снижении потребности организма в кислороде она помогает лёгким сохранять свои "производственные мощности" под минимальной нагрузкой.
Только единство противоположных функций лёгких и селезёнки обеспечивает устойчивую работу опосредованного ими же способа дыхания в условиях широкой амплитуды нагрузок, приходящихся на организм животного. У человека, например, объём дыхания колеблется от 8-10 литров в минуту в состоянии покоя до 100 и более литров при интенсивной физической работе.
Через лёгкие в организм человека поступает до 98% объёма кислорода и только 2% приходится на кожное дыхание. Но эти цифры не должны заслонять от нас то обстоятельство, что именно кожное дыхание является первичным. Лёгочное дыхание развилось в дополнение к нему, а не наоборот.
Питание . Процесс питания животных состоит из следующих этапов:
а) вхождение организма в связь с предметом потребления – механическое завладение ;
б) разложение его вещества до простейших органических соединений и их усвоение – переваривание пищи ;
в) прекращение связи с предметом и выведение его остатков из организма – экскреция : пот, кал, моча.
Механическое завладение. Прежде чем завладеть средством потребления, животному необходимо отыскать его в окружающем мире и приблизиться к нему. Это обусловливает наличие у животных органов передвижения: хвостов и плавников, крыльев, лап, ног, и т.п.
В целях непосредственного захвата предмета и направления его в пищеварительную систему на конечностях животных сформировались пальцы, когти, клешни, а в ротовой полости – челюсти, зубы, клюв. С помощью них животные захватывают добычу и направляют её в рот (пасть).
Процедура измельчения предмета во рту имеет ещё механический характер, но его соприкосновение со слюной делает этот процесс уже органическим и полагает начало превращения потребляемого предмета в пищевой комок .
Чем бы ни питался тот или иной вид животных – растениями, грибами или плотью животных, – вся эта пищевая масса в ходе переваривания расщепляется до степени простейших органических соединений, в качестве каковых она попадает в кровь и при её посредстве – в клетки тела.
Этапы пищеварительного процесса. Слюна , вырабатываемая находящимися в ротовой полости железами, растворяет и размягчает пищу. Далее по пищеводу она поступает в желудок, где обрабатывается желудочным соком , содержащим около 0,05% соляной кислоты. Желудочный сок окисляет пищу, в процессе чего происходит так называемая кислотная денатурация белков. Панкреатический сок поджелудочной железы, в котором преобладает щелочное начало, вновь раскисляет пищу. Далее поступающая из печени в область двенадцатиперстной кишки желчь обжигает содержащиеся в пище жировые глобулы, чем способствует их расщеплению до жирных кислот. Кишечный сок , имеющий также слабощелочное начало, довершает процесс воздействия организма на поступивший в него извне материал – пищу. В результате совокупного действия слюны, желудочного сока, панкреатического сока, желчи и кишечного сока пища разлагается на простейшие органические соединения: углеводы , аминокислоты и жиры , которые всасываются в стенки кишечника.
Судьба попавших в стенки кишечника органических соединений. Из стенок кишечника органические соединения переправляются к клеткам тела двумя путями. Первый – непосредственный путь, при котором они из стенок кишечника поступают в сосуды лимфатической системы , по ним попадают в большой кровеносный круг и через него разносятся по всему телу. Второй – опосредованный путь, при котором они из стенок кишечника попадают в капилляры кровеносной системы, а далее – в воротную вену и через неё – в печень . В печени они проходят дополнительную обработку, после чего по печёночной вене переправляются в большой круг кровеносной системы и через него разносятся по всему телу. Рассмотрим оба пути продвижения органических соединений подробнее.
Непосредственное пищеварение. У низших видов животных вообще нет органов, вырабатывающих желудочный сок, панкреатический сок или желчь. У них элементы питания всасываются непосредственно через кожу и далее попадают напрямую в лимфу (тканевую жидкость), с которой распространяются по клеткам тела.
Высшим видам животных также присущ такой непосредственный способ пищеварения. Поверхность их пищеварительного тракта – ротовая полость, гортань, пищевод, желудок и кишечник – представляют собой ту же самую кожу, только вывернутую вовнутрь и проходящую полой трубкой через всё тело. Осуществляемое стенками кишечника (внутренней кожей животных) всасывание органических соединений – это и есть начало непосредственного способа пищеварения. Переход органических соединений из стенок кишечника в сосуды лимфатической системы является его продолжением. Вместе с лимфой они по грудному протоку доходят до подключичной вены, через которую вливаются в большой круг кровеносной системы и по нему разносятся по клеткам тела.
Выведение продуктов клеточного обмена при таком способе пищеварения осуществляется через пот, выделяемый внешней кожей животных. Человек, например, выделяет за день от 0,5 до 12 литров пота, в зависимости от эмоциональной и мышечной нагрузки, а также от температуры окружающей среды. Состоит пот из воды , солей и мочевины , которые представляют собой продукты клеточной переработки белков и других органических соединений.
Так осуществляется непосредственный способ пищеварения у высших видов животных. В принципе, он у них такой же, как и у низших видов. Но (!) если бы процесс пищеварения осуществлялся только в такой форме, то эволюционное развитие животных остановилось бы где-то на ступени дождевых червей. К счастью для всех нас, этого не произошло, и у многих видов животных дополнительно сформировался ещё и опосредованный способ пищеварения.
Опосредованное пищеварение происходит по следующей схеме. Одна часть органических соединений, как мы уже знаем, попадает из стенок кишечника в лимфатическую систему. Другая часть поступает в омывающую стенки кишечника кровь. Эта кровь собирается в воротную вену , по которой она вливается в печень. Там она соединяется с кровью, поступившей по печёночной артерии от лёгких. Насыщенная кислородом артериальная кровь начинает активно взаимодействовать с органическими соединениями, содержащимися в крови воротной вены, в результате чего одна их часть преобразуется в новые соединения, а другая часть попросту уничтожается и выводится из организма в виде мочевины и желчи.
Почему это происходит? Потому, что опосредованный способ пищеварения , как и опосредованный способ дыхания , также основан на единстве противоположности осуществляющих его органов. Одной стороной этой противоположности являются желудок , поджелудочнаяжелеза и кишечник вместе взятые. Они нацелены на активное взаимодействие с попавшей в организм пищевой массой и на максимальное изъятие из неё органических соединений. Другой стороной этой противоположности является печень , которая выполняет по отношению к ним обратную функцию. Она сдерживает их деятельность, пресекает их излишнюю увлечённость внешним материалом (пищей). Достигает она этого тем образом, что попросту уничтожает то, что они извлекают из пищевой массы.
Растения и грибы не могут достичь подлинной субъективности своего образа, поскольку вся поверхность их тела занята осуществлением пищеварительного процесса. Каждой клеткой своей поверхности они устремлены навстречу питающим их стихиям. В отличие от них, у животных на производство пищеварительного процесса отвлечена лишь некоторая часть поверхности тела. Благодаря этому остальная поверхность освободилась от непосредственной слитности с потребляемым ими органическим субстратом. Взамен такого абсолютного сокращения "производственных площадей" произошло многократное увеличение их эффективности за счёт формирования специализированных пищеварительных органов. Благодаря деятельности желудка, поджелудочной железы и кишечника животные способны интенсивно и глубоко перерабатывать большие объёмы потребляемой ими органики.
Подразделяли на два царства – царство животных и царство растений. Основное различие между животными и растениями сводили к способу питания. Животными считали тех, кто использовал в качестве пищи готовый органический материал (гетеротрофный способ питания ), растениями – организмы, сами синтезирующие необходимый органический материал из неорганических соединений (автотрофный способ питания ). Если точнее, то гетеротрофные организмы – это те, которые должны получать в виде его органических соединений, а автотрофные организмы способны использовать углерод в неорганической форме, а именно в виде диоксида углерода (СО 2 , углекислый газ). обычно приходится разыскивать пищу и поэтому они должны быть способны к локомоции. А это предполагает наличие нервной системы, обеспечивающей координацию движений у более высокоорганизованных животных. же ведут неподвижный образ жизни, они неспособны передвигаться и, следовательно, нервная система им не нужна.
Однако в этой классификации упускается из виду тот очевидный факт, что все клеточные организмы распадаются на две естественные группы, называемые теперь прокариотами и эукариотами.
Между двумя этими группами существует фундаментальное различие. Термины «прокариоты» и «эукариоты» отражают различие в локализации (генетического материала) в клетке. У прокариот ДНК не окружена ядерной мембраной и свободно плавает в цитоплазме. Иными словами, у этих клеток нет истинного (оформленного) ядра (pro – перед; karyon – ядро). В клетках же эукариот имеется настоящее ядро (eu – полностью, хорошо). Эукариоты эволюционировали от прокариот.
Рис. 2.4. А. Классификация по Маргелису и Шварцу: все организмы разделяются на пять царств. Вирусы не соответствуют ни одной из групп в данной классификации живых организмов, поскольку они устроены слишком просто, не имеют клеточного строения и не способны существовать независимо от других организмов. Б. Эволюционные взаимоотношения между пятью царствами. Как видно из схемы, начиная с протоктистов, эволюция происходила в направлении многоклеточности.
Деление всех организмов на животных и растения сталкивается с определенными трудностями. Например, грибы – гетеротрофы, но при этом они не способны передвигаться. Так куда же их отнести? Чтобы выйти из этого положения, было решено, что должно существовать более двух царств. В 1982 г. Маргелис и Шварц (Margulis, Schwartz) предложили систему, предусматривающую наличие пяти царств – царство прокариот и четыре царства эукариот (рис. 2.4). Система Маргелиса и Шварца получила широкое признание и именно ее теперь рекомендуют использовать. Считают, что эукариоты образуют надцарство Eukaryotae. Самая противоречивая группа – это протоктисты, возможно потому, что это не естественная группа. Подробно этот вопрос рассматривается в разд. 2.6.
Другую группу «организмов», не укладывающихся ни в одну из систем классификации, образуют вирусы. Вирусы – это чрезвычайно мелкие частицы, состоящие только из генетического материала (ДНК или РНК), окруженного защитной белковой оболочкой. В отличие от всех других организмов вирусы не имеют клеточного строения и способны размножаться, лишь проникнув в живую клетку. Природа вирусов обсуждается в разд. 2.4, а на рис. 2.4, А они выделены в дополнительную группу.
Все мельчайшие организмы, хотя они и не образуют естественной таксономической единицы, часто объединяют в одну группу под общим названием микроорганизмы или микробы . Эта группа включает в себя (прокариоты), вирусы, грибы и протоктисты. Такое объединение удобно в практических целях, поскольку методы, используемые для изучения этих организмов, как правило, схожи. Так, в частности, для их визуального наблюдения нужен , а их культивирование следует проводить в асептических условиях. Наука, изучающая микроорганизмы, образует одну из ветвей биологии, называемую . Микроорганизмы приобретают все большее значение в таких областях науки, как биохимия, генетика, агробиология и медицина; кроме того, они составляют основу важного направления в промышленности, называемого биотехнологией. Этот вопрос более подробно рассматривается в гл. 12. Некоторые микроорганизмы, такие как бактерии и грибы, играют еще и важную экологическую роль в качестве редуцентов (разд. 10.3.2.).
Задание уровня А
Выберете один правильный ответ из четырёх предложенных.
В 17 веке микроскоп изготовил
2) А. Левенгук
Самую значимую систему классификации живых организмов в 1735 году разработал
4) К.Линней
Основной систематической категорией в биологии является
Двойное название животных включает
2) Род и вид
Наука, изучающая поведение животных, - это
2) Этологий
Китообразные - это
Переходные формы между представлениями некоторых классов позвоночных животных были описаны благодаря
1) Изучению ископаемых животных
Самым большим царством живых организмов является царство
1) Животных
Представителей царства животных изучает
2) Зоология
Клетки животных отличаются от клеток растений
1) строением оболочки, не содержащей целлюлозы, и отсутствием пластид
Задания уровня В
Выберите три правильных ответа из шести предложенных
В1. Накопление знаний о животных в древности привело к тому, что люди
2) создавали орудия ложа и добычи и совершенствовали способы загонной охоты
3) сооружали гигантские постройки для содержания животных рядом со своими поселениями
6) осваивали новые варианты использования продуктов промысла и животноводства
В2. О промысловых животных древние охотники знали
1) поведение и места обитания представителей каждого вида
3) предпочитаемые корма
4) пути сезонных миграций
В3. Знания, полученные в результате изучения животного мира, важны для
1) разработки безвредных для человека биологических методов борьбы с вредителями сельского хозяйства
2) искусственного разведения ценных пород рыб и сохранения животных, находящихся на грани вымирания
4) выведения новых пород домашних животных и одомашнивания диких животных
В4. Укажите соответствие между учеными и их достижениями в области изучения животных.
ДОСТИЖЕНИЯ
А) описал образ жизни, поведение и места обитания животных
Б) ввел в науку систематические категории
В) предложил классификацию животного мира
Г) поставил систематическую сводку животных - «Лестницу существа»
Д) описал спячку, линьку и питание различных животных
Е) предложил использовать латинский язык для обозначения видов животных
1) К.Линней
2)Аристотель
В6. Установите соответствие между достижениями в области зоологии и их значением
А) разработка мер борьбы с вредителями запасов продовольствия
Б) акклиматизация промысловых позвоночных
В) восстановление численности соболя, бобра, морского котика и др.
Г) повышение продуктивности сельскохозяйственных животных
Д) создание заповедников
Е) выведение новых пород сельскохозяйственных животных
ЗНАЧЕНИЕ
1) решение проблемы потемки людей
Биологическая систематика - наука, которая занимается разработкой принципов классификации всех существующих живых организмов и приложением данных принципов к построению целостной системы. Классификация живых организмов подразумевает их описание и иерархическое размещение в системе организмов. Согласно одной из таких классификаций вся делится на царства.
Царства живой природы - высшие таксономические категории в Деление существующей живой природы на царства считается вполне обоснованным с точки зрения эволюции. Согласно нему все организмы делятся на два надцарства (доядерных и ядерных организмов), которые включают в себя четыре царства: дробянки, растения, грибы и животные. Каждое царство в свою очередь делится на подцартва. Рассмотрим основные категории более подробно.
Безъядерные и доядерные организмы (прокариоты) - организмы, которые не обладают оформленным клеточным ядром. Генетический код имеет вид кольцевой цепи ДНК и присутствует в нуклеотиде, не образовывая настоящих хромосом. Полового процесса у таких организмов нет. К прокариотам ученые относят различные бактерии, включая сине-зеленые водоросли.
Три остальных царства живой природы являются эукариотами. Первое из них - растения. Самое важное отличие растений от других организмов - их способность питаться автотрофно, то есть синтезировать определенные органические вещества из неорганических. Зеленые растения осуществляют фотосинтез, используя энергию солнечных лучей. Благодаря фотосинтезу, поддерживается газовый состав атмосферы. Так, растения - главный источник энергии и пищи для всех организмов на нашей планете.
Схема достаточно сложна. Изначально, они делятся на низшие и высшие растения. Тело низших растений не делится на корень, стебель и листок. К низшим растениям относят водоросли, а именно хризофиты, кремнистые, желто-зеленые, бурые, красные, эвгленовые, зеленые и другие водоросли. В отличии от тела высших растений расчленены на вышеперечисленные специализированные органы (лист, стебель, корень). Сюда входят моховидные, папоротниковидные, покрытосеменные типы растений, в пределах которых выделяют отдельные классы.
Грибы - царство живой природы, сочетающее в себе признаки и животных, и растений. Грибы, как и растения, неподвижны; они характеризуются верхушечным ростом и наличием От животных грибам достался гетеротрофный тип обмена веществ, образование мочевины и другие черты. Грибы размножаются вегетативным, половым и бесполым путем. Они минерализуют остатки растений в почве. Некоторые виды могут вызывать болезни растений и животных. Найдено большое количество используемых сегодня для получения антибиотиков, витаминов, гормонов. Не секрет, что многие грибы съедобны. В пределах этого царства живой природы выделяют три типа: настоящие грибы, оомицеты и миксомицеты.
Представители царства животных характеризуются некоторыми общими свойствами с растениями, среди которых, к примеру, обмен веществ и клеточное строение. Такие сходства обусловлены единством происхождения. Тем не менее, основная отличительная черта - питание. Животные являются гетеротрофами, то есть питаются готовыми органическими соединениями, в силу неспособности синтезировать их из неорганических веществ. Как правило, животные активно подвижны. По примерным подсчетам существует примерно два миллиона видов животных. Как и другие царства живой природы, животные делятся на подцартва, типы и виды. Так, существуют одноклеточные и многоклеточные животные, делящиеся на десятки типов и видов. К одному из таких типов относятся и люди.
№ Биология
Тема Деление царств на группы.
Цель: познакомить учащихся с основными царствами живой природы.
Задачи:
дать начальные представления о классификации живых организмов, царствах живой природы.
повторить и закрепить знания о клетке, истории ее открытия, многообразии клеток;
развивать у учащихся словесно-логическое мышление, способности сравнивать и анализировать;
С тревогой, самые старые деревья, от ста до трехсот лет, умирают, - предупреждают ученые в последней «Науке». Это явление относится к лесным ландшафтам, саваннам, фермам и даже городам по всему миру. Похоже, что это влияет на деревья в большинстве типов лесов, - отметил главный автор работы, проф.
Тот факт, что это не хорошо со старыми деревьями, проф. Исследователи обнаружили, что старые деревья массово убиты в результате пожаров, и в годы, когда нет пожаров, они погибают в 10 раз чаще, чем раньше, скорее всего, из-за засухи, более высоких температур, рубки и т.д. Ученые начали рассматривать это явление по всему миру. Аналогичные тенденции наблюдаются в различных географических зонах, таких как Калифорнийский Йосемитский национальный парк, африканские саванны, тропические леса Бразилии, леса умеренной зоны в Европе и бореальные леса на севере.
продолжить развитие навыков работы с учебником, тестовыми заданиями, опрными схемами;
воспитывать у учащихся бережное отношение к природе, умение слушать учителя и своих одноклассников.
Оборудование: компьютер; проектор; интерактивная доска; мультимедийная презентация “ Разнообразие живых организмов”, таблица “Схема развития растительного мира”, таблица “Схема развития животного мира”
Убытки крупных деревьев также были ясны в сельскохозяйственных районах и в городах, где люди интенсивно пытаются их защитить. Мы говорим об утрате крупнейших живых организмов в мире, крупнейших покрытосеменных растений на Земле, организмов, которые играют ключевую роль в регулировании и обогащении нашего мира, - говорит профессор Билл Лоранс из Университета Джеймса Кука.
Он подчеркивает, что большие, старые деревья играют важную экологическую роль. Существуют экосистемы, в которых до трети всех птиц и животных живут в сучьях и впадинах этих деревьев. Эти деревья связывают огромное количество углерода, а также способствуют циркуляции воды и питательных веществ из почвы. Они совместно создают растительные полосы, которые являются местом для жизни других организмов. Они влияют на местный климат. Большие деревья обеспечивают пищу для многих животных в виде фруктов, цветов, листьев и нектара, а птицы и животные защищают себя в своих пустотах, например, находящийся под угрозой исчезновения австралийский лидер.
Ход урока
I. Организационный момент.
II. Повторение пройденного материала. Мультимедийная презентация “Разнообразие живых организмов
Сегодня мы с вами на уроке продолжаем исследовать разнообразие живых организмов, но прежде чем продолжить исследование нам необходимо вспомнить что мы уже знаем о живых организмах и выделить то над чем нам с вами нужно будет поработать.
Потеря деревьев может означать исчезновение таких существ, - пишут исследователи. Старые деревья так быстро снижаются, из-за их прямой рубки, а также сбора урожая для сельскохозяйственных нужд, нападений насекомых или быстрого изменения климата - оценивает проф.
Исследователи рассматривают проблему глобального исчезновения старых деревьев в контексте исчезновения крупнейших млекопитающих, например слонов, носорогов, тигров или китообразных. «Как и во многих частях света, эти крупные животные исчезают, поэтому у нас есть все больше доказательств того, что старые, большие деревья могут угрожать подобным образом», предупреждают авторы публикации.
Для этого я приготовила блиц-опрос, ваша задача отвечать полным ответом. Пожалуйста, кто желает показать нам свои знания.
Каковы важнейшие признаки живых организмов?
Чем растения отличаются от животных?
Почему ботаники длительное время считали, что грибы – это растения?
Расскажите о самых микроскопических организмах.
Что изучает систематика
Назовите основные отделы растений и их представителей
Чем руководствуются ученые систематики, обьеденяя организмы в различные группы.
III. Изучение нового материала. Существует множество классификаций живых организмов. Познакомимся с некоторыми из них.
1. Деление организмов на эукариоты и прокариоты. По наличию ядра в клетках.
2 . Рассказ учителя с примерами организмов эукариотов и прокариотов. Записать схему в тетрадь:
Прокариоты - одноклеточные живые организмы, не обладающие (в отличие от эукариот) оформленным клеточным ядром. К ним относятся ТОЛЬКО бактерии и археи.
Например: кишечная палочка (бактерия) , серая анаэробная бактерия (архея) .
Эукариоты - живых организмов, клетки которых содержат ядра. Все организмы, кроме бактерий и архей, являются ядерными (вирусы и вироиды также не являются эукариотами, но не все биологи считают их живыми организмами) .
Например: кошка, человек, рыба, рак, муха, и т. д.)) Короче все грибы, животные, растения и протисты (любые простейшие)
Все многоклеточные как правило эукариоты.
2. Характеристика царств живой природы. Назвать, показать, дать пояснения.
. Примеры организмов, которые называют учащиеся. Записать схему в тетрадь.
Самые большие группы жизни на Земле объединены в царства. Давайте посмотрим, в какие царства объединили ученые различные формы жизни.
***
Царство бактерий (прокариотов) .
Здесь объединены микроскопические (как правило, одноклеточные) организмы, не имеющие в своих клетках ядра. Кроме собственно бактерий (стафилококки, вибрионы
и т. д.) сюда часто относят и примитивные одноклеточные водоросли - цианеи (или сине-зеленые водоросли)
. Сине-зеленые водоросли являются одной из древнейших форм жизни на Земле. Они появились, по мнению ученых, более 2 млрд. лет назад. Водорослями их можно назвать лишь условно, из-за примитивности строения.
Царство протистов (эукариотов) .
В отличие от представителей царства бактерий, царство протистов представлено микроорганизмами, имеющими в своих клетках ядро. Самые известные представители этого царства - диатомеи (диатомические водоросли) , перидинеи и эвгленовые, а также другие жгутиковые водоросли.
Диатомовые одноклеточные относятся к наиболее распространенным представителям царства протистов. Их насчитывается более 10 тыс. разновидностей, среди которых большая часть - морские жители. Под линзой обычного микроскопа диатомеи выглядят как кружочки, овальчики, звездочки и т. д. Однако если разглядеть диатомею под более мощным микроскопом, то можно увидеть, что ее студенистое тело покоится в прочной сетчатой раковине крохотного размера. Этот внешний скелет животного построен из кремнезема. Диатомеи не умеют двигаться самостоятельно и перемещаются водными течениями. Но есть среди процистов и животные, способные к самостоятельному передвижению, например одноклеточная жгутиковая водоросль эвглена.
Эвгленовые насчитывают в своих рядах около 60 видов. Обитают они лишь в пресных водах.
Царство растений.
Это царство объединяет многоклеточные организмы, не способные самостоятельно передвигаться и использующие энергию солнечных лучей для преобразования неорганических веществ в органические (фотосинтез) . Думаю, что нет необходимости приводить примеры представителей этого царства - это самые различные виды растений воды и суши с более сложной организацией, чем одноклеточные.
Царство грибов.
Грибы не случайно выделены в отдельное царство. Эти живые организмы не являются ни животными, ни растениями, не попадая под классификационные признаки представителей этих царств. Грибы включают многие споровые организмы, плесень, собственно грибы (ядовитые и съедобные) .
Царство животных.
Самое многочисленное и представительное царство. Сюда входят все организмы, питающиеся готовыми органическими соединениями (растениями или другими животными, в т. ч. их останками) . К животным относятся и одноклеточные живые организмы (амебы, инфузории) , и огромные млекопитающие (киты, слоны, рыбы, гигантские медузы и т. д.)
К этому царству причислены и интересующие нас акулы, и даже мы с Вами.
2. Характеристика царства Бактерии. Особенности строения, образ жизни, примеры представителей царства.
Царство бактерий. Общая характеристика.
Известно около 2500 видов. Имеют клеточное строение, но не имеют ядра, отделенного мембраной от цитоплазмы.
Большинство не содержит хлорофилла и питается готовыми органическими веществами – гетеротрофно.
Живут практически везде: в почве, в пыли, в воздухе, в воде, на теле животных, внутри живых организмов.
Размножаются каждые 20–30 минут.
Имеют очень важное значение для человека.
1)При жизнедеятельности почвенных бактерий происходит образование гумуса, который представляет собой разложившееся органическое вещество, содержащее все необходимые вещества для жизни растений.
2)Для очистки сточных вод применяются микроорганизмы, которые в короткие сроки могут перевести большинство органических соединений в неорганические.
3)В кишечнике многих животных и человека обитает микрофлора, которая способна переваривать потребляемую организмом пищу и синтезируют витамины (бактерии симбионты) .
4)Путем брожения человек может получать различные вещества, например, уксусная кислота, силос, спирт, кисломолочные продукты.
5)Производство антибиотиков. Эти вещества выделяются некоторыми бактериями и грибами. Они вызывают угнетение жизнедеятельности других бактерий.
6)Производство кормового белка.
7)Производство ферментов и генная инженерия. Возможность промышленно производить инсулин, получать спирты, органические кислоты, полимерные вещества.
8)Биологические методы борьбы с вредителями, различные бактерии могут заражать и вызывать гибель вредителей сельского хозяйства.
3. Характеристика царства Растений. Классификация царства с приведением примеров. .
Обратить внимание учащихся на таблицу в классе “Схема развития растительного мира”, акцентируя внимание на низших и высших растениях. Записать схему в тетрадь, обращая внимание на написание новых слов.
Общая характеристика царства растений Все живые организмы можно разделить на четыре царства: растения, животные, грибы и бактерии. Признаки царства растений следующие:
являются эукариотами, то есть клетки растений содержат ядра;
являются автотрофами, то есть образуют из неорганических органические вещества в процессе фотосинтеза за счет энергии солнечного света;
ведут относительно неподвижный образ жизни;
неограниченны в росте в течение всей жизни;
в качестве запасного питательного вещества используют крахмал;
наличие хлорофилла
4. Характеристика Царства Животные. Перечислить особенности царства. Деление их позвоночных и беспозвоночных. .Привести примеры.
IV. Минутка релаксации. Гимнастика для глаз (делается стоя у своих рабочих мест).
– Крепко зажмурить глаза на 5 секунд, затем открыть. (Повторить 10 раз..)
– Посмотреть в окно, выбрать самую дальнюю точку за окном и самую ближнюю в классе. Попеременно смотреть на эти точки по 10 секунд. (Повторить 10 раз.)
V. Закрепление изученного материала.
2. Л/Р №1 «Разнообразие отделов растений».
Самостоятельная работа
VI. Итог: познакомились с основными царствами живой природы, многообразием живых организмов.
VII. Домашнее задание: пар.4 стр.16-17 (вопросы)
Лабораторная работа №1
Нарисуйте ваш вариант представителей отделов растений. Напиши названия отделов.
Немного истории. Аристотель пытался все объекты природы систематизировать. У него была "лестница существ". Внизу наиболее примитивно организованные камни, потом растения, животные и человек. Стремление к линейной классификации довольно долго сохранялось, но потом его пришлось отвергнуть, так как объекты живой природы не выстраиваются в единую лестницу. Деление на растения и животные известно давно. Эти группы называют царствами: царство растений и царство животных. Потом были описаны простые одноклеточные растения и животные, о которых не всегда понятно, растения они или животные. Они были выделены в группу одноклеточные (Протисты). Затем открыли бактероий и выделили их в отдельное царство. Позже было в отдельное царство были выделены грибы. Для нас они кажутся похожими на растения, но, тем не менее, от растений они существенно отличаются, в частности, тем, что, как животные, запасают гликоген, а не крахмал.
Итак, живые организмы разделили на царства Растений, Грибов, Животных и Простейших (одноклеточных), и царство бактерий, в которую входили все прокариоты. Но когда изучали бактерий, оказалось, что они также делятся на две сильно отличающиеся группы. Соответственно, их пришлось разделить на два царства: Эубактерии (собственно бактерии) и Архебактерии (другое название - Археи). Последние также не имеют ядра, но по структуре сильно отличаются от бактерий.
Такое деление возникло недавно. В 1990 году вышла посвященная этой теме публикация. Деление было сделано на основе последовательности рибосомной РНК. Если раньше для того, чтобы описать какой-либо новый вид, нужно было изучить организм, описать, как он питается, его морфологию, и только после этого его можно было классифицировать, то сейчас классификацию организма можно провести, даже не зная, как он выглядит. Достаточно просеквенировать (определить последовательность нуклеотидов) его рибосомную РНК. И поскольку для многих организмов последовательность рибосомной РНК известна, то по степени сходства этих РНК строится классификация, а не по внешнему сходству или по особенностям метаболизма. Некоторые группы архебактерий так и были описаны: рибосомные РНК есть, а сами организмы пока никто не видел. В чем же смысл перехода к классификации по степени сходства рибосомной РНК? Рибосомная РНК отражает родство по происхождению, в то время, как одинаковая форма может быть у совершенно неродственных животных. Если вспомнить лягушку, крокодила и бегемота, то окажется, что глаза у них из воды торчат похожим образом. Но эти животные относятся к разным классам. То есть, построение классификации на основе рибосомной РНК отображает родство организмов, но зато зачастую не отражает сходство в образе их жизни. Почему выбрана именно рибосомная РНК? Потому что это самая консервативная, т.е. наиболее медленно меняющаяся, часть генома. Ниже на рисунке представлено дерево родства разных организмов. На нем выделяются группы бактерий, архей и эукариот.Эти группы, более высокого ранга, чем царства. Их называют надцарства или домены. Термин домен используется в разных науках. В данном случае, в систематике, «домен» обозначает группу (рангом выше царства), объединяющую разные организмы, обладающие определенным набором общих черт.
Что же общего у бактерий и архей, что отличает их от эукариот?
Строение клетки прокариот
У прокариотических клеток есть цитоплазматическая мембрана, также как и эукариотических. У бактерий мембрана двуслойная (липидный бислой), у архей мембрана довольно часто бывает однослойной. Мембрана архей состоит из веществ, отличных от тех, из которых состоит мембрана бактерий. Поверхность клеток может быть покрыта капсулой, чехлом или слизью. У них могут быть жгутики и ворсинки.
Клеточное ядро, такое как у эукариот, у прокариот отсутствует. ДНК находится внутри клетки, упорядоченно свернутая и поддерживаемая белками. Этот ДНК-белковый комплекс называется нуклеоид. У эубактерий белки, которые поддерживают, ДНК отличаются от гистонов, которые образуют нуклеосомы (у эукариот). А у архибактерий гистоны есть, и этим они похожи на эукариот. Энергетические процессы у прокариотов идут в цитоплазме и на специальных структурах - мезосомах (выростах клеточной мембраны, которые закручены в спираль для увеличения площади поверхности, на которой происходит синтез АТФ). Внутри клетки могут находиться газовые пузырьки, запасные вещества в виде гранул полифосфатов, гранул углеводов, жировых капель. Могут присутствовать включения серы (образующейся, например, в результате бескислородного фотосинтеза). У фотосинтетических бактерий имеются складчатые структуры, называемые тилакоидами, на которых идет фотосинтез. Таким образом, у прокариот, в принципе, имеются те же самые элементы, но без перегородок, без внутренних мембран. Те перегородки, которые имеются, являются выростами клеточной мембраны.
Форма прокариотических клеток не так уж и разнообразна. Круглые клетки называются кокки. Такую форму могут иметь как археи, так и эубактерии. Стрептококки - это кокки, вытянутые в цепочку. Стафилококки - это «грозди» кокков, диплококки -кокки, объединенные по две клетки, тетрады - по четыре, и сарцины - по восемь. Палочкообразные бактерии называются бациллами. Две палочки - диплобациллы, вытянутые в цепочку - стрептобациллы. Еще выделяют коринеформные бактерии (с расширением на концах, похожим на булаву), спириллы (длинные завитые клетки), вибрионы (коротенькие загнутые клетки) и спирохеты (завиваются не так, как спириллы). Ниже проиллюстрировано все выше сказанное и приведены два представителя архебактерий.
Хотя и археи, и бактерии относятся к прокариотическим (безядерным) организмам, строение их клеток имеет некоторые существенные отличия. Как уже было отмечено выше, бактерии имеют липидный бислой (когда гидрофобные концы погружены в мембрану, а заряженные головки торчат с двух сторон наружу), а археи могут иметь монослойную мембрану (заряженные головки имеются с двух сторон, а внутри единая целая молекула; эта структура может быть более жесткой, чем бислой). Ниже представлено строение клеточной мембраны архебактерии.
Бактерии и археи отличаются строением и размером РНК-полимеры. В состав бактериальных РНК-полимераз входит 4-8 белковых субъединиц, в сотав эукариотических РНК-полимераз входит 10-14 белковых субъединиц, а у архей размер промежуточный: 5-11 субъединиц. Рибосомы бактерий меньше рибосом эукариот и меньше, чем рибосомы архей (которые также имеют промежуточные размеры).
Фотосинтез и азотфиксация
Некоторые виды бактерий и архей способны к фиксации азота. Примерно половина азота, входящего в состав живых организов, фиксируется бактериями. Азотфиксация, то есть превращение атмосферного азота в различные соединения, осуществляется ферментом нитрогеназой. Фиксация азота - один из наиболее дорогих биохимических процессов: на фиксацию одной молекулы азота расходуется 16 молекул АТФ. Есть менее эффективные системы фиксации, которые расходуют для этих целей до 35 молекул АТФ. Есть и небиологическая фиксация азота. После того, как начали производить удобрения (промышленная фиксация азота), человек вполне успешно может конкурировать с биологическими фиксаторами и биосферой в количестве фиксируемого азота.
Фиксировать азот могут только прокариотические организмы. Все организмы, способные фиксировать азот, имеют сходные ферменты нитрогеназы. Нитрогеназа способна работать только в анаэробных условиях, в присуствии кислорода фермент инактивируется и фиксация азота останавливается.
Фиксированный азот уходит в органические соединения. Это процесс могут проводить бактерии и растения. Мы можем только переводить органические соединение в аммиак. Соединения аммиака также могут переходить в окиси азота, после фиксации которого бактериями вновь получается азот.
Фиксацию азота осуществляют около 250 штаммов эубактерий: азотобактерии, клостридии и др. Половину этих штаммов составляют разные виды цианобактерий, ранее называемые сине-зелеными водорослями.
Как уже говорилось, нитрогеназа чувствительна к кислороду. В его присутствии она инактивируется и тогда не обратима. А сине-зеленые водоросли занимаются фотосинтезом, при котором образуется кислород, и процесс фиксации азота несовместим с процессом фотосинтеза. В результате, днем нитчатая цианобактерия осциллятория занимается фотосинтезом, а ночью, когда фотосинтез не идет, она занимается фиксацией азота.
Единственный организм, способного одновременно проводить и фиксацию азота и фотосинтез, это цианобактерия Anabaena. Каким образом это осуществляется? Фотосинтез происходит в большинстве клеток (зеленые клетки на рисунке) на свету, и цианобактерия может использовать источники азота, растворенные в окружающей среде. Однако если азота не хватает, она переходит к фиксации азота. Для этого отдельные клетки, которые раньше занимались фотосинтезом, дифференцируются. Они называются гетероцисты. Это более крупные клетки, покрытые плотной оболочкой. Фотосинтез в них прекращается, и ферменты фотосинтеза из них исчезают. Зато начинается синтез нитрогеназы. Толстая оболочка не пропускает внутрь кислород, и в гетероцистах происходит фиксация азота, в то время, как все остальные клетки занимаются фотосинтезом. Все, что нужно гетероцисте для работы (в том числе и азот), она получает от соседних клеток через специальные межклеточные контакты, а сама гетероциста отдает соседним клеткам аминокислоту глутамин (посмотрите строение аминокислот в лекции 4), которая синтезируется после фиксации азота.
К фотосинтезу способны многие представители прокариот. Раньше мы упоминали уже, что фотосинтез бывает оксигенный и аноксигенный фотосинтез. Совмещают оба этих вида опять же цианобактерии. Большинство бактерий способны поводить только один из двух типов фотосинтеза. Встречаются фотосинтетики и среди архей.
Для фотосинтеза необходим свет. При этом используются световые волны определенного диапазаноа, который зависит от "настройки" биоантенн, улавливающих квант света. Жесткий ультрафиолет использоваться не может, так как он повреждает ДНК и белки. Растения реагируют на свет длиной волны до 700 нм.
Прокариоты пользуются более широким спектром излучения. Наиболее простая схема фотосинтеза - у археи галобактерии, живущей в Мертвом море. Красноватая окраска этих бактерий обусловлена наличием пигментов каротиноидов, защищающих клетки от фотоповреждений, которые вполне возможны при высокой интенсивности солнечного света. Фотосинтез у галобактерий проводится специальным белком бактериородопсином. Этот белок находится в клеточной мембране, улавливает квант света и переводит его энергию в электрохимический заряд на мембране (DmH). В качествен "антенны", улавливающей свет в бактериородопсине, используется ретиналь - светочувствительная молекула, такая же, как та, что содержится в родопсине, светочувстительном белке высших организмов.
Фотоантенной у цианобактерий и высших растений служат хлорофиллы. Это сложные полициклические соединения с наличием сопряженных связей.
Где живут бактерии
Мы рассмотрели некоторые особенности строения и функционирования прокариот, теперь рассмотрим, где они обитают.
Бактерии могут вступать в симбиоз как с одноклеточными, так и с многоклеточными эукариотами. Примеры - жгутиконосец цианофора и корненожка. Клетка цианофоры содержит две цианобактерии. Когда жгутиковая цианофора делится, то каждой дочерней клетке достается по одной цианобактерии, которые потом также делятся, чтобы восстановить количество цианобактерий на клетку цианофоры. Когда жгутиконосец содержит цианобактерии, он обладает фототаксисом, т.е. движением по направлению к свету или от него.
Корненожка также содержит внутри клетки цианобактерии, но другого вида. Cвободноживущие бакетрии и бактерии-симбионты отличаются по своим свойствам. Некоторые виды симбионтов способны покидать своего хозяина и переходить к самостоятельному образу жизни, тогда как другие виды цианобактерии не могут жить отдельно от хозяина. Такие утратившие самостоятельность цианобактерии называются цианеллами. Считается, что именно через симбиоз возникли хлоропласты высших растений. Предки хлоропластов - это свободноживущие цианобактерии.
Пример симбиоза животного с фотосинтезирующими одноклеточными предстваляет моллюск тридакна. Мантия моллюска набита водорослями зооксантеллами. Причем их так много, что моллюск не может затащить мантию внутрь. Водоросли занимаются фотосинтезом, а моллюск обеспеспечивает их безопасность.
Многие азотофиксирующие бактерии могут жить сами по себе. Некоторые виды также могут обитать в клубеньках бобовых растений. Как было сказано выше, эукариоты не способны к азотофиксации. Поэтому некоторые бактерии в симбиозе с высшими растениями обеспечивают их азотом. Симбиотические азотфиксирующие бактерии живут в клубеньках, которые образуются на корне растения в ответ на проникновение в него бактерий из почвы. На рисунке ниже показаны клубеньки на корнях бобового растения. Клетки такого клубенька набиты азотофиксирующими бактериями. Чтобы изолировать бактерии от кислорода растения синтезируют белок леггемоглобин, похожий по структуре на гемоглобин, который связывает кислород и защищает симбионтов от его действия.
Очень интересные организмы, похожие на растения, образуются при симбиозе некоторых видов грибов и бактерий, в том числе уже знакомых нам цианобактерий. Это лишайники. Для жизни им нужны лишь минимальные количества воды, так как бактерия обеспечивает фотосинтез, а гифы гриба защищают бактерий от высыхания и добывают воду. В симбиотическом состоянии бактерия продуцирует большое количество питательных веществ, которые передаются грибу, тогда как в свободном состоянии она обеспечивает только свои нужды. При улучшении условий составляющие лишайники бактерии и грибы могут выходить из симбиотического взаимодействия и жить самостоятельно. Лишайники - это тоже форма существования бактерий.
Еще один вид симбиоза представлен светящимися бактериями. Люминесценция некоторых подводных рыб обусловлена тем, что в их светящихся органах живут симбиотические бактерии. Свечение обусловлено работой бактериального фермента люциферазы. Ген, кодирующий этот фермент, выделен и используется в научных исследованиях /
Бактериальные симбионты человека составляют его нормальную микрофлору. Они живут в кишечнике, на коже, на слизистых, обеспечивая либо защиту (конкурентным способом не давая другим, зловредным, бактериям заселить эти участки), либо участвуя в переваривании пищи и синтезировании некоторых, необходимых человеку витаминов. Мы уже упоминали симбионта человека кишечную палочку . Всего к нормальной микрофлоре человека относится около 500 видов бактерий. Если убить всех бактерий на коже или в кишечнике человека, то ничего хорошего из этого не получится. Роль нормальной микрофлоры изучена на стерильных животных. В специальных условиях выращивают животных (крыс или мышей), и смотрят, что с ними происходит в отсутствии бактерий. Надо отметить, что живут они не очень хорошо. Таким образом, каждый реальный человек - это не просто представитель вида Homo sapiens , а целая коллекция различных организмов.
Половым путем также могут передаваться вирусы, например, вирус герпеса. Вирус герпеса вызывает образование пузырьков на коже, наполненных вирусными частицами ("лихорадку"). Среди населения западных стран 70-90% инфицированы вирусом герпеса, у 30% бывают высыпания, у 10% - генитальные формы заболевания. Половым путем могут передаваться вирусы иммунодефицита человека (вызывает СПИД - синдром прогрессирующего муунодефицита), гепатита В и С (поражают печень), папилломавирусы (вызвают разрастания кожного эпителия и образование бородаок; некоторые виды провоцируют развитие рака).
Среди возбудителей заболеваний, передающихся половым путем, ранее других были описаны гонококк, бледная спирохета и эукариотический орагнизм трихомонада. Долгое время, ели у больного имелись признаки мочеполовой инфекции, но ни один из этих трех возбудителей не был выявлен, ему ставили диагноз "неспецифический уретрит". Однако во второй половине ХХ века были найдены возбудители "неспецифического" воспаления. К ним относятся гарднерелла, хламидия, уреаплазма, микоплазма и некоторые другие виды. Вызываемые ими заболевания отличаются тем, что часто проходят малосимптомно, остаются незамеченными носителем и переходят в хроническую форму. Хотя бы один из этих возбудителей встречаются у 30-50% людей, у части людей (имеющих несколько половых партнеров) можно обнаружить целый "букет" возбудителей. До сих пор некоторые врачи считают, что эти бактерии неопасны. Это, неверно, давно уже показано, что эти бактерии являются не только возбудителями мочеполовых инфекций, одним из самых тяжелых осложнений которых является бесплодие, но и ряда общих заболеваний, просто устоявшиеся представления меняются медленно.
Бактерия гарднерелла , вызывающее гарднереллез - воспалительное заболевание мочеполовых путей - была описана в середине двадцатого века. Гарднерелла немного крупнее гонококка, имеет характерное для прокариот строение. В препаратах, полученных от больных, клетки эпителия полового тракта выглядят как бы «приперченными»; эти перчинки - как раз и есть гарднереллы. Они также вызывают воспаление урогенитального тракта, и самым тяжелым последствием такого заболевания является бесплодие.
Перейдем к вирусам.
Вирусы не относятся к прокариотам. Иногда их выделяют в отдельное царство, иногда описывают вне царств природы. Существуют некоторые проблемы с классификацией вирусов, споры на тему, считать вирусы живыми или неживыми. Раньше вирусы считались наиболее простыми организмами, так как они самые маленькие, и в них меньше всего белков и ДНК, и полагали, что от вирусов произошли все остальные организмы. Но сейчас, когда установлено, что вирусы без клетки жить не могут, нет оснований думать, что они появились раньше клетки. Видимо, наиболее близко к истине представление о том, что вирусы - это "взбесившиеся" гены, т.е. это гены, которые стали автономными и приобрели систему собственного размножения.
Несмотря на все различия в форме и размерах, все вирусы образованы сходным образом. Все они покрыты белковой оболочкой и в их состав входит нуклеиновая кислота - РНК или ДНК. ДНК может быть кольцевой или линейной, РНК может быть одноцепочечной или двуцепочечной.
Рассмотрим строение частиц вируса на примере вируса герпеса . Белковая оболочка вируса, называемая нуклеокапсид, построена из белков и представляет правильный шестигранник. Вокруг имеется оболочка, которую вирус сторит из кусков клеточных мембран, которые организм не атакует, так как это мембраны его собственных клеток. Правда, эти мембрана инкрустирована вирусными белками, поэтому иммунная система вирус герпеса все-таки может распознать. «Заворачивание» в мембрану - это способ защиты вируса. Внутри белкового шестигранника находится линейная двуспиральная молекула ДНК. Ниже на рисунке справа изображена клетка, «нафаршированная» частицами созревающего вируса. Вирус герпеса размножается в клетках кожного эпителия, но при размножении частицы вируса инфицируют нервы, и по нерву вирус проникает в спинной мозг. Там вирусная ДНК встраивается в геном клеток корешков спинного мозга, поэтому, раз инфицировавшись, человек несет в себе вирусную ДНК. Излечить его навсегда невозможно, разве что вместе с клетками спинного мозга удалить. Время от времени геномные копии могут синтезировать новые вирусные ДНК. Но если у человека хорошо работает имунная система, то у него имеются антитела, защищающие его от этого вируса. Эти антитела не дают вирусу выбраться из своего укрытия. Но при ослаблении иммунной системы, например, при простуде, титр антител в крови падает, вирусы выходят из клеток спинного мозга и по нерву добирается до кожного эпителия, и там он уже начинает размножаться. Поэтому пузырьки, высыпающие в тех местах, через которые вирус попал в организм - чаще всего на лице, на губах - называют "простудой".
Близким родственником вируса герпеса является вирус ветрянки. Ветрянкой человек болеет один раз в жизни, обычно в детстве. Все тело ребенка покрывается герпетическими пузырьками; потом вирус ветрянки также поселяется в спинном мозге, и активация вируса вызывает воспаление нервов и высыпания на кожи, которые называются опоясывающий лишай. Процесс довольно болезненный и может лишить человека работоспособности на месяц.
Папилломавирус гораздо более мелкий, по сравнению с вирусом герпеса. Принципиально строение такое же. Передается при непосредственном контакте, в том числе при половом контакте. Папилломавирус довольно распространен; он вызывает разрастание эпителия (образуются бородавки и папилломы). Некоторые штаммы этого вируса онкогенны - они вызывают рак шейки матки у женщин. То есть, это форма рака, передающаяся половым путем. Сейчас разработаны вакцины, предохраняющие человека от этой формы рака.
Loading...